一、 介紹

旨在闡明睡眠在哺乳動物中的作用的電生理研究已有近一個世紀(jì)的歷史，但睡眠的功能仍是一個難以捉摸的謎。睡眠狀態(tài)活動的歧視取決于對自由活動的動物的腦電圖（EEG）和肌電圖（EMG）信號的準(zhǔn)確確定。腦的EEG記錄可提供有關(guān)神經(jīng)元活動的大量信息，但局限性在于這些測量僅報告了總體的神經(jīng)元放電模式。了解驅(qū)動這些大規(guī)模神經(jīng)元事件的潛在生理機制，需要能夠準(zhǔn)確監(jiān)控神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)釋放和攝取的技術(shù)。這樣的技術(shù)可以針對大腦中的特定結(jié)構(gòu)，以補充電生理-臨床研究，現(xiàn)已被認為是研究睡眠作用的重要組成部分。

準(zhǔn)確確定睡眠狀態(tài)的主要方法需要同時記錄大腦皮質(zhì)區(qū)域的EEG記錄和肌肉EMG活性的同時測量。腦電圖痕跡反映了植入顱骨的兩個獨立電極之間的微伏電位差。潛在的大小差異為50至200 lV神經(jīng)元放電引起的膜電位變化的結(jié)果活動。腦電信號的頻率也反映了神經(jīng)元的活動。高頻（> 12 Hz）腦電圖表明活躍，完全不同的神經(jīng)元激活通常與清醒有關(guān)。高放大器波形（> 100 lV），低頻（<5 Hz）腦電活動，例如在慢波（SW）睡眠期間觀察到的現(xiàn)象表示皮層神經(jīng)rons以高度同步的節(jié)奏射擊。腦電圖具有5-8 Hz的頻率，其幅度小于100 lV，通常表現(xiàn)為快速眼動（REM）睡眠。肌電圖激活通過在肌肉中放置兩個獨立的電極進行測量，可以反映神經(jīng)元激活產(chǎn)生的電位與肌肉收縮有關(guān)。高振幅肌電圖反映活動運動，而強音肌電圖信號表明靜止或睡眠。

盡管測量大腦和肌肉的電活動可以指示睡眠狀態(tài)，但不能提供神經(jīng)化學(xué)功能的指示。要更好地了解滲透生理，就需要同時測量EEG記錄旁的神經(jīng)遞質(zhì)活性。L-谷氨酸，大腦中醉豐富的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，據(jù)信在睡眠過程中起著重要但尚未定義的作用。先前的大鼠研究表明，睡眠狀態(tài)之間的L-谷氨酸水平發(fā)生了變化REM睡眠過程中前額葉皮層區(qū)域的細胞外L-谷氨酸濃度增加。

量化與睡眠同時發(fā)生的時間的函數(shù)的神經(jīng)遞質(zhì)濃度并非易事。傳統(tǒng)上，這種采樣是通過微透析完成的或驗尸技術(shù)，例如免yi組織化學(xué) 或放射自顯影。這些技術(shù)中的每一個都可以提供有用的數(shù)據(jù)，但是所有這些技術(shù)都有類似的局限性，包括無法實時監(jiān)視神經(jīng)遞質(zhì)（例如缺乏時間分辨率），以及正在監(jiān)視的空間的新生平衡（局部環(huán)境）受到干擾。例如，微透析可提供數(shù)小時或數(shù)天的采樣，但通常jin限于每個樣品不超過1-5分鐘的速率。在微透析過程中，從當(dāng)?shù)丨h(huán)境中去除分析物會擾亂自然平衡，并且樣品的采集后處理非常費力。驗尸技術(shù)的局限性在于每只動物只能產(chǎn)生一個可用的時間點，而犧牲的必要步驟會干擾睡眠的測量[8b]。也嘗試過將非侵入性技術(shù)（例如MRI）與EEG記錄同時使用，但是這些技術(shù)要求動物在整個采樣期間保持固定狀態(tài)。

同時測量腦電圖，肌電圖和L-谷氨酸生物傳感器的記錄非常適合量化睡眠過程中神經(jīng)遞質(zhì)釋放的每秒變化，而不會干擾局部環(huán)境的平衡。生物傳感器采用生物識別元件（通常是酶）來產(chǎn)生電活性物質(zhì)，然后在轉(zhuǎn)導(dǎo)元件上將其氧化。在L-谷氨酸生物傳感器的情況下，極化至0.6 V的Pt-Ir電極涂在含有生物元素L-谷氨酸氧化酶的基質(zhì)中。生物傳感器周圍細胞外空間中的谷氨酸鹽被L-谷氨酸氧化酶轉(zhuǎn)化為過氧化氫（H2O2）。酶產(chǎn)生的H2O2然后通過各種膜層擴散到Pt–Ir表面，在此被氧化，產(chǎn)生可測量的安培電流。